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Trinkwasseraufbereitung
Ziel: Übersicht über die Trinkwasseraufbereitung. Aufgaben und Funktion der verschiedenen
Verfahrensstufen verstehen. Einblick in die Wasserqualität:
- Chemische Grössen- Hygienische Parameter- Physikalische Grössen
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Aufgabe der Aufbereitung
Aufbereitung
Rohwasser
variabelJahresgangRegen
Trinkwasser
Anforderungengemäss LMV, LMBWiederverkeimungKorrosionVerkrustung
chemischphysikalischhygienisch
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Physikalische Parameter
Trübung FTU 90° Suspendierte Stoffe TSS Temperatur °C Geruch Geschmack Oberflächenspannung dyn cm-1
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Chemische Parameter Dissolved Organic Carbon DOC Gelöster Sauerstoff O2
Wasserhärte Ca2+, Mg2+
Eisen, Mangan Fe2+, Mn2+
Karbonathärte HCO3-, CO3
=
Nitrat NO3-
Ammonium NH4+
pH Wert -
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Nitrat imTrinkwasser
Nitrit + Amine Nitrosamine
Magen
DarmDenitrifikationNitrat Nitrit
Speichel: Nitrit
Nitrit + Hämoglobin Methhämoglobin
NahrungTrinkwasserNitrat
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Rohwasserfassung
Ozonierung
Flockung
Schnellfilter
Kalkzugabe
Ozonierung
Aktivkohlefilter
Langsamsandfilter
Netzschutz
Wasserspeicher
Seewasser
Trinkwasser
Stosschlorung
Wasseraufbereitungsverfahren der Wasserversorgung Zürich
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Fester Seegrund
RohwasserpumpwerkSchwallentlastung
BodenschlammSeekreide
Ansaugkorb mitFischgitter30 - 60 m tief10 m über Grund
Seewasserfassung ZurAufbereitung
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Ozon: O3
Herstellung von Ozon
3 O2 2 O3
Elektrische Energie
Einsatz von Ozon
Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das organischeStoffe auf verschiedenen Wegen teilweise oxidieren odermineralisieren kann. Ev. können die Produkte biologischbesser abgebaut werden.Ozon ist auch ein Desinfektionsmittel.
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O2
O3
3 O2 2 O2 + 2 {O} 2 O3
Hochspannungs-Wechselfeld(7 - 12 kV, 300 - 600 Hz)
Trockenluft oder Sauerstoff
Herstellung von Ozon
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Ozonerzeuger Abluft zurRestozon-Vernichtung
Zulauf aus derVorbehandlung
Ablaufzur Nach-
behandlung
Ozonierungsreaktor: Kaskade
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Rohwasser
Rückspülung,Reinwasser
Filtrat
Mikrosieb 16 - 50 m Rotation
Schema einer Mikrosiebanlage
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Flockung: Mitfällung
-- - - -
------ -
- - - --
-----
-- - - -
------
Natürliche Partikelsind negativ geladenund stossen sich ab:Sie sind stabilisiert.
-- - - -
----- - -
- - - --
-----
-- - - -
------
Al SO H O2 4 3 26 6 3( ) Al OH 3( ) H SO+4=
Al OH3
( )
+
+++
Fällung mit Aluminiumsulfat
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Flockung mit Polyelektrolyten
Polyelektrolyte sindorganische Makromoleküle,die elektrisch geladen sein können
+
+
++ +
+
-- - - -
-------
- - - --
-----
-- - - -
------
++
++
+Geflockte Partikel
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Flockung: Zwei Prozesse1. Neutralisierung der Abstossenden Kräfte:
2. Transport und Kontakt zwischen den Partikeln:
-- - - -
------
+
+ +
-----
-- - - - -
++
++-- - - -
------
++
Mischung undTurbulenz
Chemisch - physikalischeProzesse
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Chemikalien Zugabe
Mischung Flockung Sedimentation
Schlammabzug
Beispiel einer Flockungsanlage
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Schlammabzug
RohwasserZulauf Klarwasser
Ablauf
Flockungsmitteldosierung
Schlammbett
ZulaufrinneAblaufrinne
Integrierte Flockungs- und Sedimentationsanlage
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Rückspülen Filtrieren
RohwasserZulauf
FiltratwasserAblauf
Spülluft-zuführung
Spül-wasser
Schwemmwasser
LuftpolsterSpülluft
Schema einer Schnellfilteranlage
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Filterlaufzeit t in Std.
Energieverlust H in mWS
2 - 3 mFilterkornklein Filterkorn
gross
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Entwicklung des Filterbettes in den Schnellfilternder Stadt Zürich
Quarzsand0.4 - 1 mm
H = 1m Quarzsand0.4 - 1 mm
Bims0.8 - 2.5 mm
Anthrazit1.5 - 3 mm
Quarz0.4 - 1 mm
Bims 2 - 5 mm
Einkornfilter1940 - 1975vF = 5 m / h
Zweischichtfilter1965 - 1975vF = 10 m / h
Dreischichtfilter1970 - 1975vF = 10 m / h
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Mehrschichtfiltration
Quarzsand 0.6 - 1.0 mm
Anthrazit 1.5 - 2.5 mm
Bims 2.5 - 4.5 mm
S = 2.65 g cm-3 dS = 0.8 mm vS = 0.21 m s-1
Nach Stokes:(Laminare Sedimentation)
S = 1.70 g cm-3 dS = 2.0 mm vS = 0.21 m s-1
S = 1.40 g cm-3 dS = 3.5 mm vS = 0.21 m s-1
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PartikeleliminationPartikelkonzentration in g m-3
Partikelgrösse in mm
1000
10
0.110-5 10-3 10-1 10
Flockung
Sedimentation
Filtration
Siebe
Rechen
keineAufbereitung
Viren Bakterien Algen
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Gitter- und Schichtstrukturdes Kohlenstoffes imGraphit
Kristalline Struktur deraktivierten Kohle
mit grosser innererOberfläche
InnereOberfläche10 Å
Aktivkohle
C
CC
C
CC
C
C
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Drainageboden
Sandfilteraufbaumit zunehmenderKorngrösse
Sandfilter mit Körnungum 0.6 mm, H > 0.5 m
Schmutzdecke
FiltrationRohwasser
Aufbau eines Langsamsandfilters
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Wasseraufbereitung
Hygiene: Desinfektion Partikel, Trübung, Feststoffe Gelöste organische Stoffe Salze: Wasserhärte
und gehören zusammen: Partikel schützen Keime
schützt vor Wiederverkeimung, Toxizität, ...schützt vor Korrosion, erleichtert Waschprozesse
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Ionenaustausch
-
-
- -----
-
--
-
-Ca2+
2 Na+
Na+
Na+Na+
Na+
Ca2+
Ca2+
2 Na+
Ca2+
Austauscherharz: Körniger, organischer Stoff,der durch elektrostatische Kräfte Ionen binden kann.
Körner mitca. o.5 mmDurchmesser
Mg2+
--
--
--
2 Na+ Na+
Na+
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Chemische Enthärtung von Trinkwasser mit Ca(OH)2
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Osmose
SalzhaltigesWasser
Entsalztes Wasser
SalzeWasser
Osmotischer Druck
SemipermeableMembran
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Umkehrosmose
Hydrostatischer Druck
Produkt-wasser
Aufkonzentriertes,salzhaltiges Wasser
Entsalztes Wasser
SalzeWasser
Roh-wasser
Abwassersalzreich